バイオ燃料電池と電気培養を併用した汚泥処理システムの構築

利用生物燃料电池和电培养构建污泥处理系统

基本信息

批准号：
14J02176
负责人：
石崎創
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

主要な排水処理方式である活性汚泥法は、好気微生物による有機物除去を促すための空気供給および余剰汚泥処理に多大なエネルギー・コストを要している。また、汚泥処理過程で生じる温暖効果ガス排出も重要な課題であり、創エネルギーかつ省エネルギーであり環境問題に配慮した技術の開発が排水処理に求められている。バイオ燃料電池(MFC)は創エネルギーかつ省エネルギーな次世代型水処理技術であるが、既往の処理技術に比べて建設コストが高いこと、嫌気処理であるため処理水質が悪く、処理水質向上のためには更なる後段処理の導入が必要であるなど課題が多い。そこで本研究員は「省エネルギー」、「CO2排出量削減」、「高品位な処理水確保」が可能な汚泥処理システムの構築を研究目的とし、MFCと膜分離活性汚泥法(MBR)の統合効果の検証を行った。本年度の研究成果は大きく2つある。まず、顕著なファウリング進行能力を有する菌株(FCB)の特徴解明を行った。都市下水を処理するMBRより得た菌株をラボスケールクロスフロー引抜き装置内で純粋培養し、ファウリング進行能力を評価することでFCBを特定した。また最大増殖速度などの特性評価を行い、FCBと関連が高い因子の解明を行った。その結果、単離株のファウリング進行能力予見には、株レベル以上の塩基配列同定が必要であることが分かった。また、FCBは含水率の高いコロニーを形成し、親水性有機物、糖を多く含む有機物を分泌する傾向があることを明らかにした。次に、MFCへのMBR導入による膜ファウリング抑制効果の検証のため、外部抵抗値が異なる膜分離型バイオ燃料電池を構築し、膜ファウリング進行能力の評価を比較した。その結果、MFCには膜ファウリング抑制能力があり、発電流量が大きいほど膜ファウリングは抑制され、ファウリング関連物質であるバイオポリマーの生産量が低減することが分かった。

主要的废水处理方法活性污泥需要大量的空气供应和剩余污泥处理的能源成本，以促进有氧微生物消除有机物。此外，污泥处理过程中发生的温室气体的排放是一个重要的问题，废水处理需要开发能够发电，节能和环保意识的技术。生物燃料细胞（MFC）是能源生成的，可以节省能源的下一代水处理技术，但是存在许多挑战，例如建筑成本高于以前的治疗技术，并且处理水的质量很差，因为它是厌氧治疗，并且需要进一步的后续处理来提高治疗水的质量。因此，该研究人员研究了MFC和膜分离激活污泥法（MBR）的整合效应，目的是建立一个可以“节省能量”，“减少CO2排放”和“确保高质量处理水”的污泥处理系统。今年有两个主要的研究结果。首先，我们阐明了具有出色的结垢进展能力的菌株（FCB）的特征。从MBR获得的菌株在实验室尺度的跨流式拔出装置中纯培养的城市污水，并通过评估结垢进展能力来鉴定FCB。此外，评估了最大生长速率的特征，并阐明了与FCB高度相关的因素。结果，发现在应变水平或以上的基础序列识别以预测分离株的结垢进程能力是必要的。还揭示了FCB形成水分含量高的菌落，并且倾向于分泌亲水性有机物和富含糖的有机物。接下来，为了验证通过将MBR引入MFC来抑制膜结垢的效果，构建了具有不同外部电阻值的膜分离型生物燃料细胞，并比较了膜结垢进展能力的评估。结果，发现MFC具有抑制膜结垢的能力，并且抑制了膜结垢的电流量越大，并且生物聚合物的产生（与结垢相关物质）减少了。